專利名稱：：一種Ni-MH動力電池負(fù)極用的復(fù)合粘結(jié)劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種能夠提高Ni-MH電池負(fù)極低溫高倍率容量和充電效率的復(fù)合粘結(jié)劑配方，其特點是含有多種能夠提高鎳氫電池負(fù)極低溫高倍率容量和充電效率的粘結(jié)劑，親水性粘結(jié)劑與疏水性粘結(jié)劑的有效組合，降低了成本，并極大的提高了Ni-ffil電池負(fù)極在低溫高倍率環(huán)境下的容量和充電效率。
背景技術(shù)：
：隨著環(huán)保、節(jié)能方面的要求進(jìn)一步提出，內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)展面臨著嚴(yán)重的石油危機(jī)和環(huán)境污染。解決這一問題的根本途徑是大力發(fā)展電動汽車，電動汽車的動力之源——電池是制約其發(fā)展的最主要的瓶頸技術(shù)之一。鎳氫電池以其優(yōu)異的綜合性能成為目前電動汽車最主要的動力之源。電動車用電池將承受非常嚴(yán)酷的低溫高倍率環(huán)境，這就對電池的低溫高倍率性能提出了更高的要求。普通商業(yè)化的儲氫合金在低溫高倍率環(huán)境下，由于副反應(yīng)的發(fā)生使得其容量和充電效率和容量嚴(yán)重下降，這就阻礙了電動汽車的發(fā)展。目前提高鎳氫電池儲氫合金負(fù)極低溫高倍率容量和充電效率，主要采取的思路有兩個方面，一是提高儲氫合金自身在低溫高倍率環(huán)境下的可充性，二是通過提高負(fù)極內(nèi)部活性物質(zhì)的利用率，進(jìn)而提高儲氫合金低溫高倍率容量和充電效率。前者的提高空間已經(jīng)不是很大了，儲氫合金LaNi5系的低溫高倍率性能已經(jīng)很好，瓶頸在于如何很好的利用，所以主要研究重點是后者。目前普遍采用的措施是在制作負(fù)極的過程中機(jī)械添加能夠提高負(fù)極低溫高倍率性能的某種物質(zhì)，抑制副反應(yīng)的發(fā)生進(jìn)而提高電極低溫高倍率容量和充電效率。但是單一添加某種物質(zhì)的作法，對鎳氫電池儲氫合金負(fù)極的低溫高倍率容量和充電效率提高非常有限，加之各元素的作用機(jī)理不同，我們很難找到非常理想的某種添加物質(zhì)。而如果能有效的組合粘結(jié)劑的含量，從而提高極片內(nèi)部活性物質(zhì)的利用率，將更能達(dá)到預(yù)期的效果。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是制備一種用于提高鎳氫電池儲氫合金負(fù)極在低溫高倍率環(huán)境下的容量和充電效率的復(fù)合粘結(jié)劑，其特點是含有多種能夠提高鎳氫電池負(fù)極低溫高倍率容量和充電效率的粘結(jié)劑，親水性與疏水性粘結(jié)劑的有效組合，降低了成本，并更大程度的提高了Ni-MH電池負(fù)極在低溫高倍率環(huán)境下的容量和充電效率。本發(fā)明的另一個目的是提供一種采用Ni-ffil動力電池負(fù)極用的復(fù)合粘結(jié)劑制備負(fù)極片的方法。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取以下的技術(shù)方案—種低溫高倍率Ni-MH動力電池負(fù)極用的復(fù)合粘結(jié)劑，該復(fù)合粘結(jié)劑是由羥丙基甲基纖維素(HPMC)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚四氟乙烯(PTFE)和丁苯橡膠(SBR)組成。添加的儲氫合金粉為95重量份105重量份，各粘結(jié)劑的含量范圍為羥丙基甲基纖維素(HPMC)O.15重量份0.35重量份、羧甲基纖維素鈉(CMC)O.15重量份0.35重量份、含360重量％聚四氟乙烯(PTFE)的水懸濁液0.15重量份0.35重量份、含50重量％丁苯橡膠(SBR)的水懸濁液O.15重量份0.35重量份。在本發(fā)明的復(fù)合粘結(jié)劑中，聚四氟乙烯(PTFE)是以含60重量％PTFE的水懸濁液的方式添加；丁苯橡膠(SBR)是以含50重量％SBR的水懸濁液的方式添加。采用本發(fā)明的復(fù)合粘結(jié)劑制作負(fù)極漿料及負(fù)極片，制作步驟如下(1)、將0.15重量份0.35重量份的羥丙基甲基纖維素(HPMC)和0.15重量份0.35重量份的羧甲基纖維素鈉(CMC)混合后，加入9重量份21重量份的水?dāng)嚢?040分鐘，然后再添加0.6重量份0.8重量份的乙炔黑作為導(dǎo)電劑，攪拌3040分鐘；(2)、在上述混合物中加7.5重量份22.5重量份的水，攪拌1520分鐘；(3)、在上述混合物中添加95重量份105重量份的儲氫合金粉(來自北京浩運(yùn)工貿(mào)有限公司AB5低溫型PLG1C儲氫合金)，攪拌4550分鐘，然后滴加0.15重量份0.35重量份的含有60重量％聚四氟乙烯(PTFE)的水懸濁液和0.15重量份0.35重量份的含有50重量％丁苯橡膠(SBR)的水懸濁液，攪拌3040分鐘；(4)、得到漿料后密封靜置810小時，從而得到可以刮漿的漿料。(5)、將漿料涂在預(yù)壓厚度為0.60.8mm的泡沫鎳上，而后風(fēng)干，壓制到0.360.4mm厚為測試極片厚度，然后剪切、與鎳帶電焊連接，制成負(fù)極片。經(jīng)過多項性能測試，得到最佳的配方為在IOO重量份儲氫合金粉中添加HPMCO.25重量份、CMC0.15重量份、含有60重量％聚四氟乙烯(PTFE)的水懸濁液0.25重量份、含有50重量％丁苯橡膠(SBR)的水懸濁液0.15重量份。本發(fā)明的優(yōu)點是低溫高倍率Ni-MH動力電池負(fù)極用的復(fù)合粘結(jié)劑含有多種能夠提高鎳氫電池負(fù)極低溫高倍率容量和充電效率的物質(zhì)，降低了成本，并更大程度的提高了Ni-MH電池負(fù)極在低溫高倍率環(huán)境下的容量和充電效率。圖1為所得實施例1-實施例9(1_1#1_9#)的復(fù)合粘結(jié)劑各配方的質(zhì)量比容圖2為所得實施例1-實施例9(1_1#1_9#)的復(fù)合粘結(jié)劑部分配方的300循環(huán)的充電效率變化；圖3為最佳配方(14#即實施例4的粘結(jié)劑配方)的多種合金粉的質(zhì)量比容量(反應(yīng)穩(wěn)定性)測試試驗結(jié)果；圖4為本發(fā)明的粘結(jié)劑配方與一般商用粘結(jié)劑配方質(zhì)量比容量的對比測試結(jié)果。具體實施方式實施例1用本發(fā)明所述的Ni-MH動力電池負(fù)極用的復(fù)合粘結(jié)劑(表1復(fù)合粘結(jié)劑配方表的1_1#的配方)制作負(fù)極漿料及負(fù)極片，具體如下按照配比組合HPMCO.15重量份和CMC0.15重量份，然后添加適量的水(水添加標(biāo)準(zhǔn)為水的質(zhì)量/(HPMC+CMC)質(zhì)量=30，按上述比例計算，水添加為9重量份)，攪拌30分鐘，添加0.7重量份乙炔黑作為導(dǎo)電劑，攪拌30分鐘。加水(保證每100重量份合金粉含有的水量為30重量份，由于已添加9重量份的水了，再添加21重量份的水)，攪拌15分鐘。添加100重量份的儲氫合金粉(來自北京浩運(yùn)工貿(mào)有限公司AB5低溫型PLG1C儲氫合金)，攪拌45分鐘，然后分別滴加含有60重量％聚四氟乙烯(PTFE)的水懸濁液O.35重量份、含有50重量％丁苯橡膠(SBR)的水懸濁液0.35重量份，攪拌30分鐘。得到漿料后密封靜置8小時，從而得到可以刮漿的漿料。將調(diào)好的漿料涂在預(yù)壓厚度為0.6mm的泡沫鎳上，而后風(fēng)干，壓制到0.4mm厚為測試極片厚度，然后剪切、與鎳帶電焊連接，得到1_1#負(fù)極片。與燒結(jié)正極片組裝成"三明治"測試電池，使用的電解質(zhì)溶液為6MKOH15g/LLiOH的水溶液。實施例2-實施例9用本發(fā)明所述的Ni-MH動力電池負(fù)極用的復(fù)合粘結(jié)劑(分別使用表1復(fù)合粘結(jié)劑配方表的1_2#1_9#的配方)制作負(fù)極漿料及負(fù)極片，具體如下按照配比組合HPMC和CMC(分別使用表1復(fù)合粘結(jié)劑配方表的1_2#1_9#的配方中的HPMC和CMC)，然后添加適量的水(水添加標(biāo)準(zhǔn)為水的質(zhì)量/(HPMC+CMC)質(zhì)量=30)，攪拌30分鐘，添加0.7重量份乙炔黑作為導(dǎo)電劑，攪拌30分鐘。加水(保證每100重量份合金粉含有的水量為30重量份)，攪拌15分鐘。添加100重量份的儲氫合金粉(來自北京浩運(yùn)工貿(mào)有限公司ABs低溫型PLG1C儲氫合金)，攪拌45分鐘，然后按照配比組合分別滴加含有60重量％聚四氟乙烯(PTFE)的水懸濁液、含有50重量％丁苯橡膠(SBR)的水懸濁液(分別使用表1復(fù)合粘結(jié)劑配方表的1_2#1_9#的配方中的PTFE和SBR)，攪拌30分鐘。得到漿料后密封靜置8小時，從而得到可以刮漿的漿料。將調(diào)好的漿料涂在預(yù)壓厚度為0.6mm的泡沫鎳上，而后風(fēng)干，壓制到0.4mm厚為測試極片厚度，然后剪切、與鎳帶電焊連接，分別1_2#1_9#得到負(fù)極片。分別與燒結(jié)正極片組裝成"三明治"測試電池，使用的電解質(zhì)溶液為6MK0H15g/LLiOH的水溶液。(1)配方性能測試用本發(fā)明所述的Ni-MH動力電池負(fù)極用的復(fù)合粘結(jié)劑的配方(實施例1-實施例9即1_1#1_9#)進(jìn)行性能測試。所采用本發(fā)明的復(fù)合粘結(jié)劑各配方(實施例1-實施例9即1_1#1_9#)及其性能測試結(jié)果如表1所示。所述測試過程如下活化用O.2C充電到電池容量的120%，靜置，0.2C放電到電壓為1V，循環(huán)6次。容量測試每個配方制作3個平行樣品，用0.2C充電到電池容量的120%，靜置，0.2C放電到電壓為1V，循環(huán)6次。結(jié)果為3個樣品的平均值。低溫容量測試每個配方制作3個平行樣品，用0.2C充電到電池容量的120%，在溫度分別為-2(TC和-4(TC的環(huán)境中靜置8小時，0.2C放電到電壓為1V，循環(huán)6次。結(jié)果為3個樣品的平均值。高倍率容量測試每個配方制作3個平行樣品，用0.2C充電到電池容量的120%，分別用1C、5C、10C放電到電壓為1V，循環(huán)6次。結(jié)果為3個樣品的平均值。其中1_4#(即實施例4)的放電效率(基于300mAh/g)分別為98.41%、78.7%、72.5%、81.05%、41.15%、12.29%。測試的結(jié)果如圖1所示。在圖1中，曲線_■-所示為1_1#(即實施例1)的測試的結(jié)果；曲線_參-所示為1_4#(即實施例4)的測試的結(jié)果；曲線_▲-所示為1_5#(即實施例5)的測試的結(jié)果；曲線-T-所示為1_7#(即實施例7)的測試的結(jié)果；曲線-4-所示為1_8#(即實施例8)的測試的結(jié)果；曲線)-所示為1_9#(即實施例9)的測試的結(jié)果。循環(huán)壽命測試制度為把制作好的"三明治"電池活化，用1C充電到電池容量的120%，靜置，1放電到電壓為1V，循環(huán)50次。然后用0.2C充電到電池容量的120%，靜置，0.2C放電到電壓為IV，循環(huán)1次。此后的循環(huán)中，每50次1C充放電以后，均用一次0.2C充放電。1C充放電的總循環(huán)次數(shù)為300次。1_4#(即實施例4)充電效率變化為50循環(huán)81.59%、100循環(huán)83.14%、150循環(huán)81.04%、200循環(huán)81.49%、250循環(huán)81.04%、300循環(huán)80.85%。測試結(jié)果如圖2所示。(2)粘結(jié)劑配方的穩(wěn)定性測試用多種合金粉進(jìn)行檢驗，合金粉分別為2_1#:廈門鎢業(yè)股份有限公司T型ABx(x=4.85±0.1)儲氫合金2_2#:北京有色金屬研究總院能源材料及技術(shù)研究所AB5型儲氫合金2_3#:北京浩運(yùn)工貿(mào)有限公司AB5寬溫區(qū)型PLL1G儲氫合金2_4#:試驗用北京浩運(yùn)工貿(mào)有限公司AB5低溫區(qū)型PLG1C儲氫合金(同1_4#)粘結(jié)劑配方為1_4#(即實施例4)。其主要測試制度參數(shù)如下活化用O.2C充電到電池容量的120%，靜置，0.2C放電到電壓為1V，循環(huán)6次。容量測試每個配方制作3個平行樣品，用0.2C充電到電池容量的120X，靜置，0.2C放電到電壓為1V，循環(huán)6次。結(jié)果為3個樣品的平均值。低溫容量測試每個配方制作3個平行樣品，用0.2C充電到電池容量的120%，在溫度分別為-2(TC和-4(TC的環(huán)境中靜置8小時，0.2C放電到電壓為1V，循環(huán)6次。結(jié)果為3個樣品的平均值。高倍率容量測試每個配方制作3個平行樣品，用0.2C充電到電池容量的120%，分別用1C、5C、10C放電到電壓為1V，循環(huán)6次。結(jié)果為3個樣品的平均值。測試的結(jié)果如圖3所示。在圖3中，曲線_■-所示為2_1#的測試的結(jié)果；曲線_參_所示為2_2#的測試的結(jié)果；曲線-T-所示為2_3#的測試的結(jié)果；曲線_▲_所示為2_4#的測試的結(jié)果。(3)粘結(jié)劑配方和其他商用配方的對比測試主要測試的配方有63_1#PVDF0.5gPTFE0.5g3_2#HPMC0.5gPTFE0.5g3_3#CMC0.5gPTFE0.5g3_4#HPMC0.5gSBR0.5g3_5#CMC0.5gSBR0.5g3_6#本發(fā)明的粘結(jié)劑配方(1_4#即實施例4的粘結(jié)劑配方)使用的合金粉為北京浩運(yùn)工貿(mào)有限公司AB5低溫區(qū)型PLG1C儲氫合金。測試結(jié)果如表2。數(shù)據(jù)如圖4所示。上述結(jié)果表明，使用本發(fā)明配方就有很好的質(zhì)量比容量，循環(huán)衰減小，并且多種合金粉使用的性能穩(wěn)定性好。說明了本發(fā)明的復(fù)合粘結(jié)劑可以提高Ni-MH動力電池負(fù)極的低溫高倍率容量與充電效率。表1為復(fù)合粘結(jié)劑各配方表，表1中的PTFE為含有60重量％聚四氟乙烯(PTFE)的水懸濁液；SBR為含有50重量％丁苯橡膠(SBR)的水懸濁液。表1復(fù)合粘結(jié)劑配方表(合金粉量為100重量份)單位重量份<table>tableseeoriginaldocumentpage0</column></row><table>表2與商用粘結(jié)劑配方的對比測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage0</column></row><table>權(quán)利要求一種Ni-MH動力電池負(fù)極用的復(fù)合粘結(jié)劑，其特征在于，該復(fù)合粘結(jié)劑是由下述重量配比的成分組成羥丙基甲基纖維素(HPMC)0.15重量份～0.35重量份、羧甲基纖維素鈉(CMC)0.15重量份～0.35重量份、含60重量％聚四氟乙烯(PTFE)的水懸濁液0.15重量份～0.35重量份和含50重量％丁苯橡膠(SBR)的水懸濁液0.15重量份～0.35重量份。2.—種采用Ni-MH動力電池負(fù)極用的復(fù)合粘結(jié)劑制備負(fù)極片的方法，該方法包括下述步驟(1)、將0.15重量份0.35重量份的羥丙基甲基纖維素(HPMC)和0.15重量份0.35重量份的羧甲基纖維素鈉(CMC)混合后，加入9重量份21重量份的水?dāng)嚢?040分鐘，然后再添加0.6重量份0.8重量份的乙炔黑作為導(dǎo)電劑，攪拌3040分鐘；(2)、在上述混合物中加7.5重量份22.5重量份的水，攪拌1520分鐘；(3)、在上述混合物中添加95重量份105重量份的儲氫合金粉，攪拌4550分鐘，然后分別滴加0.15重量份0.35重量份的含有60重量％聚四氟乙烯(PTFE)的水懸濁液和0.15重量份0.35重量份的含有50重量％丁苯橡膠(SBR)的水懸濁液，攪拌3040分鐘；(4)、得到漿料后密封靜置810小時，從而得到可以刮漿的漿料；(5)、將漿料涂在預(yù)壓厚度為0.60.8mm的泡沫鎳上，而后風(fēng)干，壓制到0.360.4mm厚為測試極片厚度，然后剪切、與鎳帶電焊連接，制成負(fù)極片。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用Ni-ffil動力電池負(fù)極用的復(fù)合粘結(jié)劑的負(fù)極片，其特征在于在所述的步驟(1)中，所述的羥丙基甲基纖維素(HPMC)為0.25重量份，所述的羧甲基纖維素鈉(CMC)為O.15重量份；在所述的步驟(3)中，所述的儲氫合金粉為IOO重量份，所述的含有60重量％聚四氟乙烯(PTFE)的水懸濁液為O.25重量份，所述的含有50重量％丁苯橡膠(SBR)的水懸濁液為0.15重量份。全文摘要一種Ni-MH動力電池負(fù)極用的復(fù)合粘結(jié)劑，由下述重量配比的成分組成羥丙基甲基纖維素(HPMC)0.15重量份～0.35重量份、羧甲基纖維素鈉(CMC)0.15重量份～0.35重量份、含60重量％聚四氟乙烯(PTFE)的水懸濁液0.15重量份～0.35重量份和含50重量％丁苯橡膠(SBR)的水懸濁液0.15重量份～0.35重量份。一種采用Ni-MH動力電池負(fù)極用的復(fù)合粘結(jié)劑制備負(fù)極片的方法，(1)將羥丙基甲基纖維素(HPMC)和羧甲基纖維素鈉(CMC)加入水?dāng)嚢?，再添加乙炔黑，攪拌?2)加水；(3)添加儲氫合金粉，滴加聚四氟乙烯(PTFE)的水懸濁液和丁苯橡膠(SBR)的水懸濁液；(4)得到漿料后密封靜置；(5)將漿料涂在泡沫鎳上，制成負(fù)極片。本發(fā)明的復(fù)合粘結(jié)劑降低了成本，提高了Ni-MH電池負(fù)極在低溫高倍率環(huán)境下的容量和充電效率。文檔編號C08L1/26GK101747571SQ200810227759公開日2010年6月23日申請日期2008年12月2日優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日發(fā)明者劉曉鵬,尉海軍,朱磊,王忠,簡旭宇,蔣利軍,鐘曉亮申請人:北京有色金屬研究總院